PDF İndir - Tekstil ve Mühendis

1 9 9 2
TMMOB
TMMOB Tekstil Mühendisleri Odası
UCTEA The Chamber of Textile Engineers
Tekstil ve Mühendis
The Journal of Textiles and Engineers
YIL 18
SAYI 84
Araştırma Makalesi / Research Article
ARAMİD VE KARBON LİF TAKVİYELİ TERMOPLASTİK
KOMPOZİT KİRİŞLERİN İMPULS GİRDİ ALTINDAKİ
TİTREŞİM DAVRANIŞLARI
Aysun BALTACI
Mehmet SARIKANAT*
Mesut TURAN
Ege Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü 35100 – Bornova, İzmir
Gönderilme Tarihi / Received: 01.11.2011
Kabul Tarihi / Accepted: 25.11.2011
ÖZET
Günümüzde cam, karbon, aramid lif v.b. takviyeli kompozit malzemelerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır.
Özellikle aramid ve karbon lif düşük yoğunluğa, yüksek darbe dayanımı, yüksek aşınma dayanımı, yüksek yorulma
dayanımına, titreşim sönümleme özelliğine sahiptirler. Bu özelliklerinden dolayı, özellikle aramid lifler balistik koruma
uygulamalarında (askeri kasklar, kurşun geçirmez yelekler vb.), uzay ve uçak sanayinde, otomotiv sanayinde bir çok
uygulama alanına sahiptir. Termoplastik malzemeler ise, üstün kırılma tokluğu, raf ömrünün uzun olması, geri
dönüşebilirlik özelliği, yüksek sertlik ve darbe dayanımı gibi özelliklerinden dolayı termosetlere göre daha çok tercih
edilmektedir. Bu çalışmada, farklı açı oryantasyonlarına sahip aramid ve karbon lif içeren kıvrımsız kumaş takviyeli
termoplastik matrisli kompozit malzemeler sıcak presleme yöntemi ile üretilip, üretilen malzemelerden kiriş
numuneleri çıkarılmıştır. Kirişler darbe yüklerine (impuls girdi) maruz bırakılıp, bu yük etkisinde titreşim davranışları
incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Termoplastik kompozitler, aramid lif, karbon lif, kıvrımsız kumaş
VIBRATION BEHAVIOR OF ARAMID AND CARBON
FIBER REINFORCED TERMOPLASTIC COMPOSITE
BEAMS UNDER IMPULSE INPUT
ABSTRACT
Nowadays, due to their low density, high impact strength, high wear strength, high fatigue strength and high vibration
damping properties, the use of glass, carbon, aramid fiber reinforced composite materials have rapidly grown. Among
them especially aramid fiber has been popularly used in ballistic protection applications (military helmets, bulletproof
vests etc) in space and airplane industry and in automotive industry. On the other hand, thermoplastic materials have
been preferred much more in comparison to thermosets due to their superior properties such as crack fullness, long shelf
life, biodegradability, high hardness and impact strength. In this study, aramid and carbon fiber reinforced thermoplastic
composite materials with different fibre orientation angles, were fabricated with hot pressing method. Beam samples
were taken out from the fabricated composites. Beams were subjected to impact loads (impulse input) and their vibration
behaviours were investigated.
Keywords: Thermoplastic Composites, aramid fiber, carbon fiber, non-crimp fabric
*Sorumlu Yazar/Corresponding Author: [email protected]
The Journal of Textiles and Engineer
YIL 18 - SAYI 84
SAYFA 1
Tekstil ve Mühendis
Aysun BALTACI
Mehmet SARIKANAT
Mesut TURAN
Aramid ve Karbon Lif Takviyeli Termoplastik Kompozit
Kirişlerin İmpuls Girdi Altındaki Titreşim Davranışları
1. GİRİŞ
Kompozit malzemeler, istenilen amaç için farklı
özelliklerdeki iki yada daha fazla malzemenin, belirli
şartlar altında ve belirli oranlarda makro yapıda bir araya
getirilerek elde edilen malzemelerdir. Karma bir malzemenin oluşumu ile geliştirilebilecek bazı özellikler sertlik,
dayanıklılık, ağırlık azaltma, aşınmaya mukavemet, ısıl
özellikler, yıpranmaya ve paslanmaya karşı dayanıklılıktır.
İstenilen özellikler çeşitli doğrultulardaki lif takviyeleri ile
sağlanabilir.
Çok eksenli kumaşlar, her katı farklı eksenlerde liflerden
kıvrımsız (non-crimp) yapıda imal edilebilen çok katlı
kumaşlardır. Katların sayısı, eksen açısı, ağırlığı ve kullanılan lif tipi isteğe göre tasarlanabilmektedir. Birbirine
polyester iplikle bağlanan bu katlara ayrıca, cam keçe,
yüzey tülü gibi malzemeler eklenebilmektedir. Bütün
katlar -20'den -90'a ve/veya +20'den +90'a değişik açılarda
yönlenmiş lif içerecek şekilde üretilebilmektedir. 100g/m23000 g/m2 aralığında farklı ağırlıkta ürünler üretme imkanı
vardır. Çok eksenli kumaşların kompozit malzeme
üretiminde lif üzerinde yapısı gereği reçine biriktiren
noktalar oluşmamaktadır. Böylece, reçine tüketimi azalır
ve lif üzerinde homojen bir reçine dağılımı sağlanır. Bu
sayede kompozit içinde bulunan lif oranı artmaktadır. Bu
artan lif oranı ile yüksek gerilme dayanımı değerlerine
ulaşılır. Çok eksenli kumaşlar; kompozit üreticisine
tasarım esnekliği sağlaması, reçine kullanımında tasarruf,
reçinenin hızlı ilerleyebildiği ve ıslanmanın daha kolay
olduğu kumaş yapısı, reçine uygulaması sırasında
oluşabilen hava boşluklarını engelleyen kumaş yapısı,
kompozit üründe düzgün yüzey görüntüsü, işçilik ve
zaman tasarrufu, kullanım sırasında düşük fire oranı,
uygulama sırasında kesildiğinde kumaşın dağılmaması,
yüzey tülü ve keçe gibi malzemeler ile kombine olarak
üretilebilmesi gibi avantajlara sahiptir. Kıvrımsız
kumaşları içeren kompozitlerin açı oryantasyonlarının
geometrik, mekanik ve titreşim davranışlarını nasıl
etkilediği konusunda birçok araştırma yapılmıştır [1-8].
Bu çalışmalarda bu tür kumaşların kullanılmasıyla birlikte
polimer takviyeli kompozitlerin özelliklerinde artış
sağlanmıştır.
Termoplastik polimerlerinin çeşitlerinin çok fazla
olmasına rağmen matris olarak kullanılan polimerler
sınırlıdır. Termoplastikler düşük sıcaklıklarda sert halde
bulunurlar, ısıtıldıklarında yumuşarlar. Termosetlere göre
matris olarak kullanımları daha az olmakla birlikte üstün
kırılma tokluğu, hammaddenin raf ömrünün uzun olması,
geri dönüşüm kapasitesi ve sertleşme prosesi için organik
çözücülere ihtiyaç duyulmamasından dolayı güvenli
çalışma ortamı sağlaması gibi avantajları bulunmaktadır.
Bunun yanı sıra şekil verilen termoplastik parça işlem
sonrası ısıtılarak yeniden şekillendirilebilir. Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastikler soğutucu içinde
The Journal of Textiles and Engineer
bekletilmeden depolanabilir. Termoplastikler yüksek
sertlik ve çarpma dayanımı özelliğine de sahiptirler.
Bibo ve arkadaşları, kıvrımsız kumaşlar ile takviye edilmiş
kompozitlerin çekme ve bası yükünde oluşan hasar mekanizmaları üzerinde çalışmışlardır [9]. Truong ve arkadaşları ise kıvrımsız kumaş takviyeli kompozitlerde açı oryantasyonunun dikiş doğrultusundaki rijitliğinin nasıl değiştiğini tespit etmişlerdir [10].
Birçok çalışmada, kıvrımsız kumaş takviyeli termoset
kompozitler üzerinde incelemeler yapılmıştır. Termoplastik
kompozitler ile ilgili çalışmalar termosetlere göre daha az
olmakla birlikte, son yıllarda giderek artmaktadır.
Karger-Koscis aramid kumaş/Polietereterketon(PEEK) ve
aramid kumaş/polietilen tereftalat (PET) kompozitlerin
rijitliği ve dayanımları üzerinde anizotropinin etkilerini
incelemiştir [11]. Cuong ve Maekewa yaptıkları
çalışmada; aramid lif takviyeli polipropilen kompozitlerde
basma kalıplama basıncının ve emdirme zamanının mekanik özellikler üzerine etkilerini araştırmışlardır [12].
Ramakrishna ve arkadaşları ise kıvrımsız cam lif takviyeli
polipropilen kompozitler üretmişler ve darbe testleri yaparak darbe hasar dirençlerini tespit etmişlerdir [13]. Meyer
ve arkadaşları, PEEK reçine kullanılarak üretilen kıvrımsız kumaş takviyeli kompozit malzemelerin sıcak
şekillendirme davranışlarını incelemişlerdir [14]. Tanaka
ve arkadaşları, iplik ve ilmek gerginliğinin kıvrımsız
kumaş takviyeli termoplastik kompozitlerin çeki
dayanımına etkisini araştırmışlardır[15]. Hufenbach ve
arkadaşları ise çalışmalarında çok tabakalı cam lif takviyeli poliproplen kompozitlerin farklı sıcaklık ve hız altındaki
çekme testlerini yaparak sıcaklığın ve hızın çeki gerilmesine etkilerini incelemişlerdir [16]. Spiros ve arkadaşları, uçak gövdesi parçaları için PEEK kullanılarak üretilen
kıvrımsız kumaş takviyeli kompozitlerin mekanik
davranışlarını incelemişlerdir [17].
Bu çalışmada, farklı açı oryantasyonlarına sahip aramid ve
karbon lif içeren kıvrımsız kumaş takviyeli termoplastik
matrisli kompozit malzemeler sıcak presleme yöntemi ile
üretilip, üretilen malzemelerden kiriş numuneleri kesilerek çıkarılmıştır. Kirişler ani darbe yüklerine (impuls
girdi) maruz bırakılıp, bu yük etkisinde titreşim davranışları incelenmiştir.
2. MALZEME VE YÖNTEM
2.1. Malzemeler
2.1.1. Lif malzemeleri:
Bu çalışmada, kompozit malzeme üretiminde farklı lif
açılarına sahip kıvrımsız kumaşlar kullanılmıştır. Bu
kıvrımsız kumaşların bazı özellikleri Tablo 1'de verilmiştir. Bu kumaşlar Metyx Telateks Tekstil Ürunleri San. ve
Tic. A.S. (Türkiye) firmasından sağlanmıştır. Kullanılan
YIL 18 - SAYI 84
SAYFA 2
Tekstil ve Mühendis
Aysun BALTACI
Mehmet SARIKANAT
Mesut TURAN
Aramid ve Karbon Lif Takviyeli Termoplastik Kompozit
Kirişlerin İmpuls Girdi Altındaki Titreşim Davranışları
karbon ve aramid fitilden dokunmuş kumaşın birim alan
ağırlığı 300g/m2 ve dokuması 2/2 dimidir. Bu çalışmada
kullanılan takviye malzemesi olarak kullanılan aramid
lifin çekme dayanımı 2542 MPa, elastisite modülü 113
GPa, karbon lifin çekme dayanımı 6250 MPa, elastisite
modülü ise 240 GPa dır.
Tablo 1: Kıvrımsız kumaşların özellikleri
Lif tabakası
Kumaş
tipi
Ağırlık Açı
[g/m2] [°]
Dikiş
Lif
Tipi
Lineer
Örgü
yoğunluk deseni
[tex]
İğne sayısı
[iğne/inch]
5
5
Tek yönlü
karbon
kumaş
200
Tek yönlü
aramid
kumaş
224
0
PES
5
Tricot
6
İki eksenli
karbon
kumaşlar
400
(+45/-45)
PES
5
Tricot
5
400
(0/90)
PES
5
Tricot
5
İki eksenli
aramid
kumaşlar
457
(+45/-45)
PES
5
Tricot
6
457
(0/90)
PES
5
Tricot
6
0
PES
Tricot
2.2.2. Kompozit levhaların hazırlanması:
Lif malzeme (180x180 mm), plastik tabakaların arasına
konulduktan sonra, sandviç halinde, kalıp (180x180x3
mm) içersine yerleştirilmiştir. Sıcak preste 210C' ye kadar
ısıtılan kalıba, bu sıcaklıkta 10000 kPa'lık basınç
uygulanmıştır. Matris malzemenin lif malzemeye daha iyi
nüfuz etmesini sağlamak için sıcaklık yüksek tutulmuş ve
bu sıcaklıkta bir süre beklenmiştir. Daha sonra kalıbın oda
sıcaklığına gelinceye kadar soğumaya bırakılmıştır.
Üretilen kompozit malzemelerin özellikleri Tablo 2'de
verilmiştir.
Tablo 2: Farklı Açı Dizilişlerine Sahip Test Numunelerinin
Özellikleri
Kumaş türü
2.1.2. Matriks malzemeler:
Bu çalışmada, kompozit malzeme üretirken PETKIM
Petrokimya Holding A.S. firmasından sağlanan yüksek
3
yoğunluklu polietilen (S 0452, 0,950 - 0,956 g/cm )
kullanılmıştır. Bu malzemenin erime akış hızı 0,30-0,50
g/10dk dır. Kullanılan yüksek yoğunluk polietilenin
çekme dayanımı 37 MPa, elastisite modülü ise 0,8 GPa dır.
2.2. Kompozitlerin Üretimi
2.2.1. Plastik tabakaların hazırlanması:
Plastik tabakalar, sıcak preste üretilmiştir. Granül haldeki
malzeme 180x180x1 mm boyutlarındaki kalıp içinde
eritilip (maksimum 195 C), presin tablaları arasında basınç
(10000 kPa) altında tutulmuştur (Şekil 1). Pres tablaları
oda sıcaklığına kadar soğuduktan sonra, tabakalar kalıptan
çıkarılmıştır.
Tek yönlü
aramid kumaş
Tek yönlü
karbon kumaş
45/-45 karbon
kumaş
45/-45 aramid
kumaş
0/90 aramid
kumaş
0/90 karbon
kumaş
Karbon fitilden
dokunmuş
kumaş
Aramid fitilden
dokunmuş
kumaş
Vf (%)
Diziliş
Lif Tabaka
Sayısı
Kalınlık
(mm)
33,7±1,3
[ 0 ] 12
12
7,01±0,04
24,8±0,6
[ 0 ] 12
12
5,47±0,02
41,5±1,6
[ 45/-45 ]6
12
6,53±0,31
33,5±1,6
[ 45/-45 ]6
12
6,13±0,24
32,6±1,2
[ 0 /90]6
12
7,25±0,41
25,6±0,7
[ 0/90 ]6
12
5,79±0,43
39,2±1,5
12
3,83±0,01
38,4±1,4
12
3,53±0,015
2.3. Test numuneleri
Üretilen kompozit levhalardan 0° (MD: Machine Direction),
45° (BD: Bias Direction), 90° (CD: Cross Direction)
yönlerinde numuneler kesilmiştir (Şekil 2). Çekme deneyi
numunelerinin boyutları 25x165 mm, deneysel modal analiz
numunelerinin boyutları ise 25x200 mm'dir.
M
T: Çekme
deneyi
numunesi
T
M
T
T
M
M
B
C
Şekil 2. Tabakadan çıkarılan numuneler
2.4. Çekme Deneyi
Şekil 1. Sıcak presleme yöntemi ile üretim
The Journal of Textiles and Engineer
Çekme deneyleri ASTM D-3039 standardı esas alınarak,
Shimadzu marka AUTOGRAPH AG-IS serisi universal
çekme makinasında yapılmıştır. Çekme hızı 1,3 mm/dak
olarak alınmıştır. Test anında numunelerdeki birim şekil
değiştirme video ekstansometre (SHIMADZU Non-contact
Video Extensometer DVE-101/201) ile ölçülmüştür.
YIL 18 - SAYI 84
SAYFA 3
Tekstil ve Mühendis
Aysun BALTACI
Mehmet SARIKANAT
Mesut TURAN
Aramid ve Karbon Lif Takviyeli Termoplastik Kompozit
Kirişlerin İmpuls Girdi Altındaki Titreşim Davranışları
2.5. Deneysel ModalAnaliz
Modal titreşim testleri, yapı ve numunenin titreşim özelliklerinin ölçülmesinde kullanılır. Tek moddaki numunelerin
titreşmesinden doğal frekans ölçümleri efektif modülün ve
sönüm değerlerinin hesaplanmasında kullanılır. Ancak, test
prosedürleri yavaş ve zahmetlidir ve teknikler küçük laboratuar numuneleri için uygundur. Bu çalışmada uzun, ince bir
kiriş üzerinde çalışılmıştır. Kiriş bir ucundan sabitlenmiş,
diğer ucu ise serbest bırakılmıştır. Şekil 3'de modal analiz
testinde kullanılan sistem gösterilmiştir. İmpuls kuvvet
çekici (086CO3, Çekiç hassasiyeti 2,17 mV/N, PCB
Piezotronics, Depew, NY, USA) kullanılarak kiriş üzerinde
tek bir noktadan uyarım verilmiştir. Kiriş bu impuls uyarıya
cevabını ölçebilmek için tek yönlü piezoelektrik
2
ivmeölçerler (KS 95B-100, Voltaj duyarlılığı 10,11 mV/m/s ,
ağırlık 3,2 g, Metra Mess-u Frequenztechnik, Radebeul,
Germany) kullanılmıştır. Daha sonra A/D arabirim kartından
(PD2-MF-16-400/14L, United Electronic Industries, Inc.,
Canton, USA) kişisel bilgisayarlar MATLAB programı
kullanılarak ivme ölçerler ve kuvvet çekicinden alınan
sinyaller kaydedilmektedir. Şekil 3'de deneysel ölçüm
sistemi de gösterilmiştir. Darbe çekici p(t) girdi sinyali,
ivmeölçer a(t) çıktı sinyali verir. Sonra, Bu kaydedilen
verilerin Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) analizi yapılarak
Frekans Cevabı Fonksiyonları (FRF) hesaplanarak doğal
frekans değerleri bulunur.
doğrultusunda ise matris özellikleri baskındır (Şekil 4).
Bundan dolayı, lif dayanımının matris dayanımına göre
daha büyük olduğu düşünülürse MD doğrultusundaki
çekme dayanım değerlerinin yüksek olması beklenen bir
sonuçtur. Lifin elastisite modülü ise matris malzemesinden
daha büyük olduğundan bu kompozitlerin MD
doğrultudundaki elastisite modülü değerleri diğer
doğrultulara göre daha büyüktür. Lif malzemesi matris
malzemesine göre daha gevrek olduğundan MD
doğrultusundaki tek yönlü lif takviyeli kompozitlerin
kopmadaki birim uzama değerleri daha yüksektir.
Tablo 3. Kompozit malzemelerin çekme özellikleri.
Kumaş tipi
Tek yönlü Kıvrımsız
Karbon
Tek yönlü Kıvrımsız
Aramid
0/90 Kıvrımsız Karbon
0/90 Kıvrımsız Aramid
+45/-45 Kıvrımsız
Karbon
+45/-45 Kıvrımsız
Aramid
Karbon fitilden
dokunmuş kumaş
Aramid fitilden
dokunmuş kumaş
Şekil 3. Sıcak presleme yöntemi ile üretim
Test
Yönü
Elastisite
modülü
(GPa)
Çekme
Dayanımı
(MPa)
Kopma
uzaması
(%)
MD
BD
CD
MD
BD
CD
MD
BD
CD
MD
BD
CD
MD
BD
CD
MD
BD
CD
MD
BD
CD
MD
BD
CD
21,52
17,45
15,23
14,35
9,57
6,34
25,78
14,35
23,56
14,35
9,57
6,34
12,78
21,45
14,81
8,57
16,23
945
23,56
14,45
22,34
16,47
9,65
14,52
820,12
92,65
72,56
681,21
80,34
64,19
623,34
101,34
602,54
459,34
80,34
404,28
123,67
475,25
112,48
97,45
338,45
101,45
607,34
251,59
582,34
503,59
236,81
497,23
1,67
1,95
2,47
2,74
2,81
3,02
1,05
2,45
1,81
2,74
2,81
3,02
1,36
2,12
1,41
3,12
4,12
3,23
2,35
1,82
2,14
3,72
1,54
3,67
3. BULGULAR VE TARTIŞMA
Çekme deneyi sonucunda elde edilen sonuçlar Tablo 3'de
verilmiştir.
Tablo 3 incelendiğinde; maksimum çekme dayanımlarının,
tek yönlü kıvrımsız kumaş takviyeli kompozitlerin MD
doğrultusunda çekilmesi sonucu elde edildiği görülmüştür.
Tek yönlü kıvrımsız karbon ve aramid kumaş takviyeli
kompozitlerde MD, BD ve CD doğrultularında yapılan
çekme deneyi sonucunda; bu kompozitlerin MD doğrultularındaki çekme dayanımları ve elastisite modülleri
yüksek, CD doğrultusunda ise düşük çıkmıştır. Bu
kompozitlerin MD doğrultusunda lif özellikleri, CD
The Journal of Textiles and Engineer
Şekil 4. Tek yönlü kıvrımsız kumaş takviyeli kompozitin şematik şekli
YIL 18 - SAYI 84
SAYFA 4
Tekstil ve Mühendis
Aysun BALTACI
Mehmet SARIKANAT
Mesut TURAN
Aramid ve Karbon Lif Takviyeli Termoplastik Kompozit
Kirişlerin İmpuls Girdi Altındaki Titreşim Davranışları
0/90 Kıvrımsız Karbon ve Aramid kumaş takviyeli
kompozitlerin çekme deneyi sonuçları incelendiğinde MD
ve CD doğrultularında çekme dayanımlarının ve elastisite
modülü değerlerinin birbirine yakın ve BD doğrultusuna
göre daha büyük olduğu görülmektedir. Bunun durum bu
doğrultularda lif matrise göre daha baskın olduğundan
kaynaklanmaktadır. BD doğrultusunda, bu kompozitlerde
matris özellikleri baskın olduğundan en küçük çekme
dayanımı ve elastisite modülü değerleri bu doğrultuda elde
edilmiştir (Şekil 5).
Şekil 7. Fitilden dokunmuş kumaş takviyeli kompozit şematik şekli
Şekil 5. 0/90 Kıvrımsız kumaş takviyeli kompozitin şematik şekli
Çekme deneyleri sonucunda, +45/-45 Kıvrımsız Karbon ve
Aramid kumaş takviyeli kompozitlerin BD doğrultusundaki
çekme dayanım değerleri ve elastisite modülü değerleri diğer
doğrultulara göre daha büyük bulunmuştur. MD ve CD
doğrultularındaki değerler ise birbirine yakın çıkmıştır.
Bunun sebebi ise +45/-45 kıvrımsız karbon ve aramid kumaş
takviyeli kompozitlerin BD doğrultusunda lif özellikleri
baskın, diğer doğrultularda ise matris özellikleri baskındır
(Şekil 6).
Bu sonuçlardan; lif doğrultusuna bağlı olarak kompozit
plakaların anizotropik özellik gösterdiği söylenebilir. Kıvrımsız kumaş takviyeli termoset kompozitlerin anizotropik özellikleri üzerine bir çok çalışma olmasına rağmen
kıvrımsız kumaş takviyeli termoplastik kompozitlerin
özellikleri incelenmemiştir.
Deneysel modal analiz sonucunda elde edilen değerler
Tablo 4'de verilmiştir. Ayrıca modal analiz testinde elde
edilen zaman ve frekans alanındaki cevapların grafikleri
Şekil 8, 9, 10 ve 11'de verilmiştir.
Tablo 4: Test Numunelerine Ait Doğal Frekanslar ve Sönüm
Zamanları
Kumaş Tipi
Tek yönlü Kıvrımsız Karbon
Tek yönlü Kıvrımsız Aramid
0/90 Kıvrımsız Karbon
0/90 Kıvrımsız Aramid
(+45/-45) Kıvrımsız Karbon
Şekil 6. +45/-45 Kıvrımsız kumaş takviyeli kompozitin şematik
şekli
Karbon ve aramid fitilden dokunmuş kumaş takviyeli
kompozitlerin MD ve CD doğrultusundaki çekme dayanımları ve elastisite modül değerleri birbirlerine yakındır.
Bunun sebebi ise bu doğrultularında lif özelliklerinin baskın olmasıdır (Şekil 7). BD doğrultusunda ise matris
özelliğinin baskın olmasından dolayı çekme dayanımı
değerleri ve elastisite modülü değerleri MD ve CD
doğrultusuna göre küçük çıkmıştır.
The Journal of Textiles and Engineer
(+45/-45) Kıvrımsız Aramid
Karbon fitilden dokunmuş
kumaş
Aramid fitilden dokunmuş
kumaş
YIL 18 - SAYI 84
SAYFA 5
Test
Yönü
MD
Doğal
Frekans (Hz)
120,61
Sönüm zamanı
(s)
0,675
BD
52,73
0,823
CD
46,88
0,985
MD
84,96
0,624
BD
26,37
0,522
CD
29,30
0,734
MD
128,90
0,876
BD
76,17
0,945
CD
126,09
0,921
MD
99,61
0,405
BD
62,15
0,764
CD
97,73
0,390
MD
84,96
0,279
BD
99,61
0,229
CD
114,30
0,231
MD
64,65
0,217
BD
88,57
0,263
CD
105,53
0,289
MD
41,02
1,234
BD
41,02
1,893
CD
19,30
1,456
MD
38,12
0,828
BD
35,72
1,058
CD
16,42
1,017
Aysun BALTACI
Mehmet SARIKANAT
Mesut TURAN
Aramid ve Karbon Lif Takviyeli Termoplastik Kompozit
Kirişlerin İmpuls Girdi Altındaki Titreşim Davranışları
Şekil 8. 0/90 Kıvrımsız Karbon kumaş takviyeli kompozitin CD Doğrultusundaki Frekans ve Zaman Cevapları
Şekil 9. Tek yönlü Kıvrımsız Aramid kumaş takviyeli kompozitin CD Doğrultusundaki Frekans ve Zaman Cevapları
Şekil 10. Karbon fitilden dokunmuş kumaş takviyeli MD Doğrultusundaki Frekans ve Zaman Cevapları
Şekil 11. +45/-45 Kıvrımsız Karbon kumaş takviyeli kompozitin BD Doğrultusundaki Frekans ve Zaman Cevapları
Bir kirişin doğal frekansı (wn) kirişin direngenliğinin ve
kütlesinin bir fonksiyonudur ve aşağıda verilen denklem
(1) ile hesaplanır [18].
k
(1)
m
Burada, k ve m sırasıyla kirişin direngenliği ve kütlesidir.
Kiriş malzemenin elastisite modülünün (E) değişmesi ile
numunenin direngenlik değeri de değişmektedir ve
wn =
EI
(2)
L4
formülüyle hesaplanmaktadır [18]. Burada, I kütle atalet
k = l4
The Journal of Textiles and Engineer
momenti, sınır koşullarına bağlı olarak n'ninci modunun
özvektörü ve L ise kirişin uzunluğudur. Denklem (1) ve (2)
incelendiğinde elastisite modülünün değişmesi ile doğal
frekansın değiştiği görülmektedir.
Tablo 4' incelendiğinde; kıvrımsız aramid kumaş takviyeli
kompozitlerin kıvrımsız karbon kumaş takviyeli kompozitlere göre doğal frekanslarının elastisite modülüne bağlı
olarak daha düşük olduğu görülmektedir. Aramid lifin
elastisite modülü karbon lifine göre daha düşüktür. Bir
başka deyişle karbon lifi daha kırılgan bir yapıya sahiptir.
Ayrıca, kıvrımsız aramid kumaş takviyeli kompozitlerin
impuls girdiyi sönümleme zamanının daha düşük olduğu
YIL 18 - SAYI 84
SAYFA 6
Tekstil ve Mühendis
Aysun BALTACI
Mehmet SARIKANAT
Mesut TURAN
Aramid ve Karbon Lif Takviyeli Termoplastik Kompozit
Kirişlerin İmpuls Girdi Altındaki Titreşim Davranışları
görülmektedir. Bu durum, aramid lifinin sönümleme
oranının karbon lifine göre daha yüksek olduğundan kaynaklanmaktadır.
Lifin baskın olduğu yönde çıkarılan numunelerde doğal
frekans değerlerinin elastisite modülüne bağlı olarak daha
yüksek olduğu, matris baskın olduğu yönde ise düşük olduğu görülmektedir. Bu sonuçlara göre, kompozit plaklar
lif doğrultusuna bağlı olarak anizotropik özellik sergilemektedirler.
4. SONUÇ
Yapılan çalışmada, elde edilen sonuçlara göre Aramid lif
takviyeli kompozitlerin karbon lif takviyeli kompozitlere
göre doğal frekanslarının ve sönümle zamanlarının daha
küçük olduğu görülmektedir. Değişik açı oryantasyonlarına
sahip kompozitleride lifin baskın olduğu yönde çıkarılmış
numunelerin doğal frekans ve çekme değerleri yüksek,
matrisin baskın olduğu doğrultuda çıkarılan numunelerin
ise bu değerleri düşüktür. Çıkarılan numune doğrultularına
bağlı olarak kompozit plakalar anizotropik davranış
göstermektedir.
5. TEŞEKKÜR
Bu çalışma, Ege Üniversitesi BAP-2006-MÜH-034 no.lu
bilimsel araştırma projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir.
Yazarlar, Ege Üniversitesi'ne destekleri için teşekkür ederler.
KAYNAKLAR
10. Truong T.C., Vettori M., Lomov S., Verpoest I., (2005), Carbon
compositesbased on multi-axial multi-ply stitched preforms. Part 4.
Mechanical properties of composites and damage observation,
Composite PartA-Appl. S.,36(9),1207.
11. Karger-Kocsis J.,(1998), Towards assessment of reliable
mechanical properties for knitted fabric-reinforced thermoplastic
composites,Advanced Composites Letters, 7(2), 39.
12. Cuong N.K., Maekawa Z., (1998), Fabrication of aramid fiber
knitted fabric reinforced polypropylene composites, Advanced
Composite Letters, 7(3), 75.
13. Ramakrishna S., Hamada H., Rydin R., Chou T.W., (1995),
Impact damage resistance of knitted glass-fiber fabric reinforced
polypropylene composites, Science and Engineering of Composite
Materials, 1995; 4(2): 61.
14. Meyer B.C., Katsiropoulos Ch.V., Pantelakis Sp.G., (2009),
Hot forming behavior of non-crimp fabric Peek/C thermoplastic
composites, Composite Structures, 90(2), 225.
15. Tanaka K., Yamada M., Shinora M., Katayama T., (2010),
Effects of Stitching parameters of non-crimp fabrics on the
mechanical properties of CFRTP, 9th International Conference on
Fracture and Damage Mechanics, Japan, 452-453, 301.
16. Hufenbach W., Böhm R., Thieme M., Winkler A., Mäder E.,
Rausch J., Schade M., (2011), Polypropylene/glass fibre 3D-textile
reinforced composites for automotive applications,
Materials&Design, 32(3), 1468.
17. Spiros P., Christos K., Bernd M., (2011), A study on the
potential of NCF thermoplastic composites for use in aeronautic
structural applications, Journal of Polymer Engineering, 31(2-3),
159.
18. Erden S, Sever K, Seki Y, Sarikanat M., (2010), Enhancement
of the mechanical properties of glass/polyester composites via
matrix modification glass/polyester Composite, 11(5), 732.
1. Wang Y., Li J., Do B.P., (1995), Properties of composite
laminates reinforced with E-glass multiaxial non-crimp fabrics,
Journal of Composite Materials, 29(17), 2317.
2. Drapier S., Wisnom R.M.,(1999), Finite-element investigation
of the compressive strength of non-crimp-fabric-based composites,
Composite Science and Technology, 59(8), 1287.
3. Drapier S., Wisnom R.M.,(1999), A finite-element investigation
of the interlaminar shear behaviour of non-crimp-fabric-based
composites, Composite Science and Technology, 59(16), 2351.
4. Crookston J.J., Long A.C., Jones I.A., (2002), A summary
review of mechanical properties prediction methods for textile
reinforced polymer composites. In Proceedings of the 10th
European Conference on Composite Materials, Brugge, Belgium..
5. Roth Y.C., Himmel N.,(2002), Theoretical model and
experimental investigation onthe effect of stitching on the in-plane
stiffness of CFRP, In Proceedings of the 10th European Conference
on Composite Materials, Brugge, Belgium.
6. Sjogren A., Edgren F., Aps L.E., (2004), Effects of stitching
pattern on themechanical properties of non-crimp fabric
composites, In Proceedings of the 11th European Conference on
Composite Materials (ECCM 11), Rhodos, Greece.
7. Mikael J., Peter G., (2000), Broad-band transient recording and
characterization of acoustic emission events in composite
laminates, Composite Science and Technology, 60, 2803.
8. Huang Y., Young R.J., (1995), Effect of fibre microstructure
upon the modulus of PAN- and pitch-based carbon fibres, Carbon,
33(2): 97.
9. Bibo G.A., Hogg P.J., Kemp M., (1997), Mechanical
characterisation of glassand carbon fibre reinforced composites
made with non-crimp fabrics, Composite Science and Technology,
57, 1221.
The Journal of Textiles and Engineer
YIL 18 - SAYI 84
SAYFA 7
Tekstil ve Mühendis